NAF-0902-Biologia_Molecular

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO 
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1. Datos Generales de la asignatura 
Nombre de la asignatura: 
 
Clave de la asignatura: 
 
SATCA1: 
 
Carrera: 
Biología Molecular 
 
NAF-0902 
 
3-2-5 
 
Ingeniería en Nanotecnología 
 
2. Presentación 
Caracterización de la asignatura 
Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero en Nanotecnología la capacidad para analizar 
e interpretar los procesos bioquímicos involucrados en el flujo de la información genética 
y el control de su expresión para aplicarlos en la investigación en Nanotecnología. 
 
Para estructurarla se realizó un análisis del campo de la ingeniería genética, biología 
molecular y la nano-biotecnología, identificando los temas de biología molecular 
fundamentales y de mayor aplicación en las nanociencias. 
 
La asignatura sirve de soporte a otras directamente vinculadas como son: Nanobiología I, 
Nanobiología II y Síntesis de Nanomateriales; se relaciona con las asignaturas de Química 
Inorgánica, Fundamentos de Química Orgánica, Química Orgánica y Fundamentos de 
Biología debido a que éstas le proporcionan al estudiante las competencias previas 
necesarias para lograr un desempeño adecuado en Biología Molecular. Esta asignatura se 
ubica en el cuarto semestre de la retícula, ya que, en ésta, el estudiante adquiere los 
conocimientos básicos acerca de la estructura, organización, función, replicación y 
expresión del material genético, con la finalidad de que estos conocimientos puedan 
aplicarse de forma integral en las asignaturas posteriores. 
Intención didáctica 
El contenido de la asignatura se encuentra distribuido en cuatro temas principales; los 
contenidos básicos de la asignatura se concentran en la primera unidad para caracterizar e 
identificar el material genético en los diferentes organismos, la segunda unidad describe 
los mecanismos de duplicación del ADN, la tercera unidad se destina a la aplicación de las 
competencias adquiridas en la segunda unidad, integrando los conceptos fundamentales 
para lograr la comprensión del proceso de síntesis de proteínas. En la cuarta unidad se 
describen los procesos de control y regulación de la expresión genética y los mecanismos 
enzimáticos asociados a ella para lograr una comprensión integral del metabolismo. 
 
El curso proporciona al estudiante las nociones básicas de genética y biología molecular 
que le permitan comprender las funciones celulares relacionadas con el flujo de la 
información genética y su regulación, con la finalidad de que integre estos conocimientos a 
sus competencias previas de forma exitosa y le permita, en cursos posteriores, aplicarlos 
en la biosíntesis de nanomateriales. 
 
1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos 
 
 
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El primer tema aborda el tema de cromosomas de forma somera y con la intención de 
caracterizar el material genético de los organismos procariotas y eucariotas. 
 
El segundo tema describe los complejos mecanismos que presenta el ADN y la influencia 
de las enzimas en estos procesos, se recomienda analizar algunos experimentos realizados 
con bacterias para establecer el vínculo teórico-práctico, además de resaltar la importancia 
de la recombinación genética y sus posibles aplicaciones en la nanotecnología. Es de 
interés mencionar la utilidad que tienen la caracterización y modelado computacional 
como herramientas auxiliares en la investigación en el campo de la biología molecular 
enfocada hacia la nanotecnología. 
 
El tercer tema permite conocer las características del código genético y la función del 
ARN como intermediario en la síntesis de proteínas. Se pretende que el estudiante integre 
estos conocimientos para comprender el significado del dogma central de la biología 
molecular definido por tres procesos principales: replicación, trascripción y traducción. Un 
punto de interés es el de enfatizar la interacción dinámica que se da entre los ácidos 
nucleicos y las proteínas como la base para el desarrollo para nuevas tecnologías. 
 
Existen numerosos mecanismos de control de la expresión génica, los cuales son 
responsables de la actividad diferencial de los genes en las distintas etapas del ciclo de 
vida de un organismo, el cuarto tema proporciona los elementos básicos para 
comprenderlos de manera general, además de caracterizar la complejidad de estos 
mecanismos en células eucariotas y procariotas. Este tema retoma los conceptos 
aprendidos en el tema uno referente a la organización del material genético en los distintos 
tipos de células y los conceptos generales de la biología celular aprendidos en la asignatura 
de Fundamentos de Biología. 
 
El ingeniero en nanotecnología debe conocer las implicaciones de la biología molecular en 
la educación y la práctica de las nanociencias. El desarrollo acelerado de las 
investigaciones en esta disciplina muestra nuevas maneras de comprender el impacto 
social y ambiental asociado con la generación de nuevas tecnologías, por esto, el curso, 
además de cumplir con el objetivo docente de enseñar los conceptos y aplicaciones 
relacionados con la manipulación de los ácidos nucleicos y las proteínas (en la parte 
práctica), debe propiciar la reflexión sobre las potencialidades y repercusiones de éstas en 
el desarrollo de la nanotecnología y en la sociedad. En este curso el estudiante debe 
comprender el funcionamiento celular desde el punto de visto genético, aplicando los 
conocimientos adquiridos con la finalidad de alcanzar nuevas competencias de forma 
exitosa. Resulta fundamental que reconozca también, cómo el razonamiento científico 
junto con la experimentación, pueden conducir a la obtención de nuevos conocimientos. 
 
Finalmente, queda a criterio del docente que imparta esta asignatura, el proponer e 
implementar un proyecto integral (apartado 9 de este documento) que ponga a prueba el 
nivel de adquisición de las competencias alcanzado por los estudiantes durante el 
desarrollo del curso. 
 
 
 
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3. Participantes en el diseño y seguimiento curricular del programa 
Lugar y fecha de 
elaboración o revisión Participantes Evento 
Instituto Tecnológico de 
Ciudad Juárez del 27 al 29 
de Abril de 2009. 
Representantes de los 
Institutos Tecnológicos de: 
Tijuana, Querétaro, Celaya, 
Saltillo, Ciudad Juárez, 
Superior de Irapuato, San 
Luis Potosí, Chihuahua. 
Reunión Nacional de diseño 
e innovación curricular para 
el desarrollo de 
competencias profesionales 
de las carreras de Ingeniería 
en Nanotecnología e 
Ingeniería en Logística del 
SNEST. 
Instituto Tecnológico de 
Puebla del 8 al 12 de Junio 
de 2009. 
Representantes de los 
Institutos Tecnológicos de: 
Tijuana, Querétaro, Celaya, 
Saltillo, Ciudad Juárez, 
Superior de Irapuato, San 
Luis Potosí, Chihuahua. 
Reunión de seguimiento de 
diseño e innovación 
curricular para el desarrollo 
de competencias 
profesionales de las carreras 
de Ing. en Nanotecnología, 
Gestión Empresarial, 
Logística, y asignaturas 
comunes del SNEST. 
Instituto Tecnológico de 
Mazatlán del 23 al 27 de 
Noviembre de 2009. 
Representantes de los 
Institutos Tecnológicos de: 
Tijuana, Querétaro, Ciudad 
Juárez, Superior de Irapuato, 
San Luis Potosí, Chihuahua. 
Reunión de seguimiento de 
diseño e innovación 
curricular para el desarrollo 
de competencias 
profesionales de la carrera 
de Ing. en Nanotecnología, 
del SNEST. 
Instituto Tecnológico de 
Villahermosa del 24 al 28 de 
Mayo de 2010. 
Representantes de los 
Institutos Tecnológicos de: 
Tijuana, Querétaro, Superior 
de Irapuato, Chihuahua,Saltillo. 
Reunión de consolidación de 
diseño e innovación 
curricular para el desarrollo 
de competencias 
profesionales de la carrera 
de Ing. en Nanotecnología, 
del SNEST. 
Tecnológico Nacional de 
México, del 26 al 30 de 
agosto de 2013. 
Representantes de los 
Institutos Tecnológicos de: 
Boca del Río y Mazatlán. 
Reunión Nacional de 
Seguimiento Curricular de 
las carreras de Ingeniería en 
Nanotecnología, Ingeniería 
Petrolera, Ingeniería en 
Acuicultura, Ingeniería en 
Pesquerías, Ingeniería Naval 
y Gastronomía del SNIT. 
 
 
 
 
 
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4. Competencia(s) a desarrollar 
Competencia(s) específica(s) de la asignatura 
• Analiza, comprende y explica los conceptos y procesos fundamentales de la biología 
molecular para aplicarlos en la investigación, desarrollo y evaluación de procesos bio-
nanotecnológicos de manera eficaz y para alcanzar la comprensión del impacto de la 
nanotecnología en la salud humana a nivel celular y molecular de forma clara. 
 
5. Competencias previas 
• Interpreta las propiedades físicas y químicas de las sustancias con base en los 
conceptos fundamentales de la estructura de los átomos, iones y moléculas y la forma 
en que interactúan entre sí para generar sustancias nuevas. 
• Interpreta las propiedades químicas de los compuestos orgánicos en función de los 
grupos funcionales que contengan, y los mecanismos de reacción que intervienen en la 
transformación química de los compuestos orgánicos, teniendo dominio sobre las 
normas generales usadas para la representación de los diagramas de mecanismos de 
reacción. 
• Identifica y describe la estructura, propiedades y funciones de las principales 
biomoléculas para lograr una comprensión eficaz del funcionamiento celular. 
• Comprende la estructura y funcionamiento celular como fundamento previo para lograr 
entender los principios de los procesos metabólicos. 
• Identifica y comprende los procesos de división celular y las generalidades del 
metabolismo central para alcanzar una visión más integral de la complejidad celular y 
de sus funciones. 
 
 
6. Temario 
No. Temas Subtemas 
1 Ácidos nucleicos y cromosomas 
1.1. Estructura física y química de los 
ácidos nucleicos 
1.2. Organización del material genético en 
organismos procarióticos 
1.3. Organización del material genético en 
organismos eucarióticos 
1.4. Organización genómica viral 
2 Replicación, reparación y recombinación del ADN 
2.1. Características y tipos de replicación 
2.2. Secuencialidad 
2.3. ADN polimerasa 
2.4. Daños del ADN 
2.5. Mecanismos de reparación 
2.6. Características de los tipos de 
recombinación 
3 Código genético y síntesis de proteínas 
3.1. Código genético 
3.2. ARN en síntesis de proteínas 
3.3. Etapas de la síntesis de proteínas 
 
 
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4 Expresión, control y regulación genética 
4.1. Niveles de regulación de la expresión 
genética 
4.2. Regulación de la transcripción en 
organismos procarióticos 
4.3. Regulación de la transcripción en 
organismos eucarióticos 
4.4. Mecanismo enzimático 
 
7. Actividades de aprendizaje de los temas 
1. Ácidos nucleicos y cromosomas 
Competencias Actividades de aprendizaje 
Específica(s): 
• Reconoce y describe la estructura, 
propiedades y funciones de los ácidos 
nucleicos para manipular y modificar 
dichas moléculas de forma exitosa. 
 
Genéricas: 
• Conocimientos sobre el área de estudio. 
• Habilidades para buscar, procesar y 
analizar información procedente de 
fuentes diversas. 
• Capacidad de comunicación oral y 
escrita. 
• Habilidades en el uso de tecnologías de 
información y de la comunicación. 
• Leer y discutir en equipos el artículo 
clásico de Watson y Crick acerca de la 
determinación de la estructura del ADN 
y escribir sus conclusiones para 
compartirlas con el resto del grupo. 
• Describir la estructura y propiedades 
físicas y químicas de los diferentes 
ácidos nucleicos y sus bloques de 
construcción (nucleótidos) mediante la 
consulta de de diferentes fuentes de 
información. Realizar una presentación 
oral con ayuda de TIC’s. 
• Realizar una búsqueda de información 
documental y elaborar un resumen 
acerca de la estructura, organización y 
función de los genomas procarióticos, 
eucarióticos y virales. Realizar una 
discusión grupal acerca del tema. 
2. Replicación, reparación y recombinación del ADN 
Competencias Actividades de aprendizaje 
Específica(s): 
• Analiza y explica los procesos de 
replicación, reparación y recombinación 
del ADN para aplicar estos 
conocimientos en el desarrollo de 
nuevas bio-nanotecnologías. 
 
Genéricas: 
• Conocimientos sobre el área de estudio. 
• Habilidades para buscar, procesar y 
analizar información procedente de 
fuentes diversas. 
• Capacidad de comunicación oral y 
escrita. 
• Exposición por equipos con ayuda de 
TIC’s de las tres etapas del proceso de 
replicación del en Procariontes y 
Eucariontes: inicio, elongación y 
terminación. Ver un video o animación 
relacionado con el tema y entregar una 
síntesis del mismo con una conclusión 
por escrito. 
• Realizar una búsqueda de información 
en diversas fuentes y describir los 
diferentes mecanismos de reparación del 
ADN. Entregar un cuadro comparativo 
de éstos. 
• Discutir en sesión plenaria las diferentes 
 
 
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• Habilidades en el uso de tecnologías de 
información y de la comunicación. 
• Trabajo en equipo 
enfermedades ocasionadas por errores 
en la reparación del ADN. 
• Definir “ADN recombinante” mediante 
lluvia de ideas. 
• Diferenciar los tipos de recombinación y 
clasificar las enzimas de recombinación 
después de haber realizado la lectura de 
un capítulo de libro relacionado con el 
tema. Entregar un cuadro comparativo. 
• Resumir las técnicas de recombinación. 
• Resumir las características básicas de 
los procesos de duplicación, reparación 
y recombinación del ADN. 
3. Código genético y síntesis de proteínas 
Competencias Actividades de aprendizaje 
Específica(s): 
• Comprende y explica el proceso de 
traducción y, a su vez, reconoce las 
características del código genético para 
llevar a cabo la biosíntesis de proteínas 
precursoras de nanomateriales de forma 
exitosa. 
 
Genéricas: 
• Conocimientos sobre el área de estudio 
• Habilidades para buscar, procesar y 
analizar información procedente de 
fuentes diversas 
• Capacidad de comunicación oral y 
escrita 
• Habilidades en el uso de tecnologías de 
información y de la comunicación 
• Trabajo en equipo 
• Exponer en grupo las características 
estructurales y funcionales de proteínas. 
• Discutir en grupo el origen, evolución y 
bases teóricas del código genético. 
• Buscar información de las 
características del código genético y 
explicar en clase. 
• Realizar fichas en las que se resuman las 
principales características de los 
ribosomas procarióticos y eucarióticos. 
• Realizar exposiciones en equipos acerca 
de los procesos de inicio, elongación y 
terminación de la síntesis de proteínas 
en procariontes (Escherichia coli) y 
eucariontes. 
4. Expresión, control y regulación genética 
Competencias Actividades de aprendizaje 
Específica(s): 
• Reconoce, explica y analiza los 
mecanismos de regulación genética más 
conocidos con la finalidad de regular los 
niveles de expresión de uno o varios 
genes en un sistema biológico para 
obtener proteínas u otras biomoléculas 
de manera eficiente. 
 
 
• Lectura y análisis del control negativo y 
positivo de la expresión de genes. 
• Discusión de un artículo reciente sobre 
los mecanismos de regulación de la 
expresiónde genes en procariontes. 
• Lectura, análisis y discusión grupal de 
un artículo de revisión sobre el control 
transcripcional y traduccional de la 
expresión de genes en organismos 
 
 
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Genéricas: 
• Conocimientos sobre el área de estudio 
• Habilidades para buscar, procesar y 
analizar información procedente de 
fuentes diversas 
• Capacidad de comunicación oral y 
escrita 
• Habilidades en el uso de tecnologías de 
información y de la comunicación 
• Trabajo en equipo 
• Capacidad para comunicarse con 
expertos en otras áreas 
eucariontes. 
• Realizar la búsqueda de información 
acerca de los efectos en la salud humana 
de la desregulación en la expresión de 
genes y el papel de la nanotecnología en 
el tratamiento de esas enfermedades. 
Elaborar un ensayo breve a partir de esa 
información 
• Resumir los principales mecanismos 
moleculares de control de la actividad 
enzimática. 
 
8. Práctica(s) 
• Estructura de los ácidos nucleicos. Visualización de modelos estructurales en un 
ordenador. 
• Simulaciones de mecanismos genéticos en un ordenador. 
• Separación de ácidos nucleicos en gel de agarosa. 
• Realizar e interpretar mapas cromosómicos. 
• Determinar los mecanismos de la herencia para algunos rasgos en Drosophila. 
• Extracción y purificación del ADN y ARN. 
• Determinación de propiedades físicas y químicas de ADN y ARN. 
• Extracción y purificación de enzimas. 
• Aislamiento de mutantes resistentes a antibióticos. 
 
 
9. Proyecto de asignatura 
El objetivo del proyecto que planteé el docente que imparta esta asignatura, es demostrar 
el desarrollo y alcance de la(s) competencia(s) de la asignatura, considerando las 
siguientes fases: 
• Fundamentación: marco referencial (teórico, conceptual, contextual, legal) en el cual 
se fundamenta el proyecto de acuerdo con un diagnóstico realizado, mismo que 
permite a los estudiantes lograr la comprensión de la realidad o situación objeto de 
estudio para definir un proceso de intervención o hacer el diseño de un modelo. 
• Planeación: con base en el diagnóstico en esta fase se realiza el diseño del proyecto 
por parte de los estudiantes con asesoría del docente; implica planificar un proceso: de 
intervención empresarial, social o comunitario, el diseño de un modelo, entre otros, 
según el tipo de proyecto, las actividades a realizar los recursos requeridos y el 
cronograma de trabajo. 
• Ejecución: consiste en el desarrollo de la planeación del proyecto realizada por parte 
de los estudiantes con asesoría del docente, es decir en la intervención (social, 
empresarial), o construcción del modelo propuesto según el tipo de proyecto, es la fase 
de mayor duración que implica el desempeño de las competencias genéricas y 
especificas a desarrollar. 
 
 
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• Evaluación: es la fase final que aplica un juicio de valor en el contexto laboral-
profesión, social e investigativo, ésta se debe realizar a través del reconocimiento de 
logros y aspectos a mejorar se estará promoviendo el concepto de “evaluación para la 
mejora continua”, la metacognición, el desarrollo del pensamiento crítico y reflexivo 
en los estudiantes. 
 
10. Evaluación por competencias 
• Examen de diagnostico 
• Portafolio de evidencias 
• Lista de cotejo 
• Rúbricas 
• Reporte final del proyecto integrador 
• Reportes de prácticas 
 
11. Fuentes de información 
1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & 
Walter, P. (2011). Introducción a la biología celular. 3ª ed., Madrid, España: 
Editorial Médica Panamericana. 
2. Alberts, B. et. al. (2010). Biología molecular de la célula. 5ª ed. Barcelona, España: 
Editorial Omega. 
3. Allison, L. A. (2012). Fundamentals of molecular biology. 2nd edition. U. S. A.: 
Wiley-Blackwell. 
4. Karp, G. (2011). Biología celular y molecular. 6ª ed. México, D.F.: McGraw-
Hill/Interamericana. 
5. Klug, W. S., Cummings, M. R., Spencer, C. A. & Palladino, M. A. (2012). 
Concepts of genetics. 10th edition. U. S. A.: Pearson. 
6. Krebs, J. E., Goldstein, E. S. & Kilpatrick, S. T. (2013). Lewin’s Genes XI. 11th 
edition. Sudbury, Massachusetts, U. S. A.: Jones and Barlett Publishers. 
7. Lodish, H., Berk, A., Matsudaira, P., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P., 
Zipursky, L. & Darnell, J. (2005). Biología celular y molecular. Buenos Aires, 
Argentina: Editorial Médica Panamericana. 
8. McLennan, A., Bates, A., Turner, P., White, M. (2012). BIOS Instant notes in 
molecular biology. 4th edition. United Kingdom: Garland Science. 
9. Nelson, D. L. & Cox, M. M. (2009). Principios de Bioquímica. 5ª ed. Barcelona, 
España: Editorial Omega. 
10. Stryer, L., Berg, J. & Tymoczko, J. (2013). Bioquímica. 7ª ed. Barcelona, España: 
Editorial Reverté. 
11. Watson, J. D., Baker, T. A., Bell, S. P., Gann, A., Levine, M. & Losick, R. (2013). 
Molecular biology of the gene. 7th edition. Cold Spring Harbor, New York, U. S. 
A.: Pearson/Cold Spring Harbor Laboratory Press. 
12. Watson, J. D. & Crick, F. H. C. (1953). Molecular structure of nucleic acids. 
Nature 171:737-738.